DE102010045364A1

DE102010045364A1 - Method for generating high-quality fundus image of eye of patient, involves obtaining color intensity distribution for correcting color composition of resultant color fundus image based on dark image representing noise of sensor

Info

Publication number: DE102010045364A1
Application number: DE102010045364A
Authority: DE
Inventors: Thomas Mohr; Björn ROßBERGER
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-03-15
Also published as: US20120169995A1

Abstract

The method involves illuminating eye with light pulses of defined wavelength, and receiving light reflected from a portion of the eye by a sensor. The monochromatic images of defined wavelengths and dark image of fundus received by the sensor, are transmitted to a control unit. The monochromatic images are combined by the control unit to a resultant color fundus image. The color intensity distribution for correcting the color composition of the resultant color fundus image is obtained based on the dark image representing the noise of the sensor. An independent claim is included for device for generating high-quality image of fundus of eye.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung hochwertiger Aufnahmen des Fundus eines Auges für eine spätere Diagnose durch Auswertung farbiger, hochaufgelöster Aufnahmen des Fundus.The present invention relates to a method and a device for generating high-quality images of the fundus of an eye for a later diagnosis by evaluating colored, high-resolution images of the fundus.

Während sich nach dem bekannten Stand der Technik für Aufnahmen der gesamten Augenstrukturen beispielsweise Spaltlampen oder Laser-Scanning-Ophthalmoskope verwendet werden, haben sich zur Aufnahme des Fundus Funduskameras durchgesetzt.While, for example, slit lamps or laser scanning ophthalmoscopes are used according to the known state of the art for taking pictures of the entire eye structures, fundus cameras have become established for receiving the fundus.

Eine Funduskamera kann eine präzise Aufnahme des Augenhintergrundes aufnehmen und dabei insbesondere die Netzhaut, die Blutgefäße, den Sehnerv und die Aderhaut darstellen. Sie dient der Diagnostik und der Verfolgung von Krankheitsverläufen. Üblicherweise muss bei Nutzung einer Funduskamera die Pupille des Patienten medikamentös erweitert werden. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass bei Beleuchtung des Augenhintergrundes mittels Infrarot-Licht (unsichtbar) keine Pupillenreaktion des Patienten eintritt und somit in einem abgedunkelten Raum eine Erweiterung der Pupille ohne Medikamentengabe eintritt. Dieses Prinzip wird bei den sogenannten „Non Mydriatic”-Funduskameras ausgenutzt. Wenn die Pupille ausreichend weit geöffnet ist, wird das Auge kurzzeitig mit weißem (sichtbaren) Licht beleuchtet um ein Bild des Augenhintergrundes aufzunehmen. Bei einer „Non Mydriatic”-Funduskamera wird prinzipbedingt im Infrarot-Licht beobachtet und im weißen Licht mit kürzerer Wellenlänge das Ergebnisbild aufgenommen. Die Auflösung einer typischen „Non Mydriatic”-Funduskamera beträgt bei 45°-Aufnahmen etwa 5 Millionen Pixel (5 MPixel).A fundus camera can record a precise image of the fundus and in particular represent the retina, the blood vessels, the optic nerve and the choroid. It serves the diagnosis and the prosecution of illnesses. Usually, when using a fundus camera, the pupil of the patient must be expanded by medication. It is known from the state of the art that when the fundus is illuminated by means of infrared light (invisible), no pupil reaction of the patient occurs and thus, in a darkened room, an enlargement of the pupil occurs without the administration of medication. This principle is exploited in the so-called "Non Mydriatic" fundus cameras. When the pupil is sufficiently wide open, the eye is briefly illuminated with white (visible) light to take a picture of the fundus. In a "Non Mydriatic" fundus camera is observed in principle in the infrared light and recorded in the white light with a shorter wavelength, the result image. The resolution of a typical "Non Mydriatic" fundus camera is approximately 5 million pixels (5 MPixel) at 45 ° shots.

Zur Erzeugung von Farbaufnahmen werden hierbei in der Regel hochauflösende CCD-Farbsensoren bei einer breitbandigen Beleuchtung, beispielsweise durch Xenon-Blitzlampen verwendet.To produce color images, high-resolution CCD color sensors are generally used in broadband illumination, for example by xenon flash lamps.

CCD-Sensoren (charge-coupled device) sind lichtempfindlich und geben ein zur eingestrahlten Lichtmenge proportionales Signal aus. Sie bestehen meistens aus einer Matrix mit lichtempfindlichen Fotodioden, die Pixel genannt werden. Je größer die Fläche der Pixel, desto höher ist deren Lichtempfindlichkeit und der Dynamikumfang des CCD-Sensors, aber desto kleiner ist bei gleicher Sensorgröße deren Bildauflösung. Die lichtempfindlichen Elemente der meisten CCD-Sensoren sind für den gesamten Bereich des sichtbaren Lichts und das nahe Infrarotlicht empfindlich und liefern ohne zusätzliche Maßnahmen nur Grauwerte.CCD sensors (charge-coupled device) are sensitive to light and output a signal proportional to the amount of light emitted. They usually consist of a matrix of photosensitive photodiodes called pixels. The larger the area of the pixels, the higher their photosensitivity and the dynamic range of the CCD sensor, but the smaller is the image resolution with the same sensor size. The photosensitive elements of most CCD sensors are sensitive to the full range of visible light and near infrared light and provide only gray levels without additional measures.

Damit CCD-Sensoren ein der eingestrahlten Lichtmenge proportionales und wellenlängenabhängiges Signal liefern können, verfügen diese über eine entsprechende Anordnung von optischen Filterelementen vor den einzelnen Pixeln. Nach dem Stand der Technik haben sich beispielsweise sogenannte Bayer-Muster durchgesetzt, die aus einer symmetrischen Anordnung eines roten, eines blauen sowie zweier grüner optischer Filter bestehen.In order for CCD sensors to be able to supply a signal proportional to the amount of light irradiated and wavelength-dependent, they have a corresponding arrangement of optical filter elements in front of the individual pixels. According to the prior art, for example, so-called Bayer pattern have prevailed, consisting of a symmetrical arrangement of a red, a blue and two green optical filter.

Weiterhin werden auch CMOS-Sensoren zur Erzeugung von Fundusaufnahmen eingesetzt. CMOS-Sensoren sind zwar vor allem preiswerter, jedoch nicht so lichtempfindlich wie CCD-Sensoren und weisen zumeist deutliche Inhomogenitäten in der Empfindlichkeit der Pixel auf.Furthermore, CMOS sensors are also used to generate fundus images. Although CMOS sensors are, above all, cheaper, they are not as sensitive to light as CCD sensors and usually show marked inhomogeneities in the sensitivity of the pixels.

Die Auflösung des Farbsensors wird durch das Bayer-Muster reduziert, da für die RGB-Information der Farbaufnahme 4 Pixel des Bayer-Musters zu einem Farbpixel zusammengefasst werden. Die bei ophthalmologischen Anwendungen typische Bildauflösung eines Sensors von 5 bis 8 Millionen Pixel reduziert sich somit für einen Farbsensor mit Bayer-Muster auf effektiv 1,25 bis 2 Millionen Pixel. Diese Verringerung der Auflösung der Farbsensoren erschwert zusätzlich die Erzeugung hochaufgelöster Farbaufnahmen der Retina und somit auch eine exakte Diagnose.The resolution of the color sensor is reduced by the Bayer pattern, since 4 pixels of the Bayer pattern are combined into one color pixel for the RGB information of the color image. The image resolution of a 5 to 8 million pixel sensor typical of ophthalmic applications is thus effectively reduced to 1.25 to 2 million pixels for a Bayer patterned color sensor. This reduction of the resolution of the color sensors additionally complicates the generation of high-resolution color images of the retina and thus also an exact diagnosis.

Eine Erhöhung der Auflösung ist nach dem Stand der Technik beispielsweise durch Interpolationsverfahren möglich. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Erhöhung der Anzahl der durch Zusammenfassung von 4 Pixel des Bayer-Musters entstandenen Farbpixel nur theoretisch zu einer höheren Auflösungen führt, da in der Praxis keine deutliche Steigerung der Auflösung zu verzeichnen war.Increasing the resolution is possible according to the prior art, for example by interpolation. However, it has been found that increasing the number of color pixels resulting from combining 4 pixels of the Bayer pattern only theoretically leads to higher resolutions, since in practice no significant increase in the resolution was recorded.

Eine andere Art der Steigerung der Auflösung von Farbsensoren wäre durch die Verwendung von Sensoren mit sehr hohen Pixelzahlen im Bereich von 10 bis 15 Millionen Pixeln zu sehen. Da die Beobachtungspupille im Auge mit einem Durchmesser von typisch 1,0 bis 1,5 mm die Auflösung durch Beugung begrenzt, macht auch dies bei ophthalmologischen Anwendungen wenig Sinn.Another way to increase the resolution of color sensors would be through the use of very high pixel counts in the range of 10 to 15 million pixels. Since the observation pupil in the eye with a diameter of typically 1.0 to 1.5 mm limits the resolution by diffraction, this also makes little sense in ophthalmological applications.

Wird bei ophthalmologischen Anwendungen beispielsweise ein Sensor mit einer Detektorfläche von etwa 10 × 10 mm verwendet, ergibt sich bei einer grob geschätzten Abbildung von 1:1 eine beugungsbegrenzte Abbildung von etwa 5 μm auf der Sensorfläche, so dass Auflösungen größer 2000×2000 Pixel keinen Sinn machen, zumal mit kleiner werdenden Pixelabmessungen die Empfindlichkeit deutlich abnimmt.If, for example, a sensor with a detector surface of approximately 10 × 10 mm is used in ophthalmological applications, a roughly limited imaging of 1 μm results in a diffraction-limited imaging of approximately 5 μm on the sensor surface, so that resolutions greater than 2000 × 2000 pixels make no sense make, especially with decreasing pixel dimensions, the sensitivity decreases significantly.

Nach dem Stand der Technik sind Systeme und Verfahren zur Dokumentation eines Auges mit einer verbesserten Empfindlichkeit bekannt. Dafür nutzen derartige Systeme eine schmalbandige Strahlungsquelle in Verbindung mit einem hoch empfindlichen Schwarz-Weiß-Sensor, dessen Bildauflösung im Bereich von 1,5 bis 5 Millionen Pixeln pro Aufnahme liegt. Mit diesem System werden nacheinander drei monochrome Aufnahmen des Fundus bzw. der vorderen Augenabschnitte, bei denen jeweils ein (rotes, blaues bzw. grünes) Farbfilter vor den Sensor geschwenkt wird. Diese drei monochromatischen Einzelbilder lassen sich zu einem Gesamt-Farbbild kombinieren.The prior art systems and methods for the documentation of an eye with an improved sensitivity known. For such systems use a narrow-band radiation source in conjunction with a highly sensitive black and white sensor whose image resolution is in the range of 1.5 to 5 million pixels per shot. With this system, successive three monochrome images of the fundus or the anterior segment of the eye, in which each one (red, blue or green) color filter is pivoted in front of the sensor. These three monochromatic frames can be combined to form an overall color image.

Die in der DE 10 2005 034 332 A1 beschriebene Lösung dient der Beobachtung, Dokumentation und/oder Diagnose des Augenhintergrundes und basiert ebenfalls auf einer multispektralen, sequentiellen Beleuchtung. Auch hier werden monochrome Einzelbilder einer Wellenlänge nach einer pixelgenauen Überlagerung gemittelt und mit den gemittelten, monochromen Bildern anderer Wellenlängen zu einem resultierenden RGB-Bild verschmolzen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann bei dieser Lösung die Auflösung des resultierenden Bildes erheblich vergrößert werden, indem n², gegeneinander jeweils in der x- und unabhängig in der y-Richtung um den n-ten Teil eines Pixels verschobene Bilder auf, die in ein n-mal so großes Bildfeld pixelweise eingeschrieben, d. h. ineinander geschachtelt werden. Das in jeder Richtung n-mal so große, volle Bildfeld wird danach im Fourierraum mit einem Korrekturbild entfaltet und zurück transformiert, so dass ein Bild mit n-facher Auflösung entsteht.The in the DE 10 2005 034 332 A1 described solution is used for observation, documentation and / or diagnosis of the ocular fundus and is also based on a multi-spectral, sequential lighting. Here, too, monochrome individual images of one wavelength are averaged after a pixel-precise superimposition and merged with the averaged, monochrome images of other wavelengths to form a resulting RGB image. In an advantageous embodiment, in this solution, the resolution of the resulting image can be significantly increased by n ² , in each case in the x- and independently in the y-direction to the n-th part of a pixel shifted images in an n times as large image field pixel-by-pixel inscribed, ie nested. The full image field n times as large in each direction is then unfolded in the Fourier space with a correction image and transformed back to form an image with n-fold resolution.

Ein wesentlicher Nachteil solcher sequentieller Verfahrens besteht darin, dass die monochromatischen Aufnahmen durch einen Algorithmus zu einem Farbbild zusammengeführt bzw. überlagert werden. Nach bekanntem Stand der Technik werden dazu Merkmale extrahiert, die übereinstimmend in allen Aufnahmen vorhanden sind. Dies erfordert eine rechenintensive Bildnachbearbeitung die z. T. fehleranfällig ist, da oftmals die Merkmale nicht exakt reproduzierbar vorhanden sind. Darunter leidet sowohl die Auflösung als auch die Bildqualität.A major disadvantage of such sequential method is that the monochromatic images are merged by an algorithm to a color image or superimposed. According to the known state of the art, features are extracted which are present in all images in unison. This requires a computationally intensive post-processing z. T. error prone, since often the features are not exactly reproducible available. This suffers both the resolution and the image quality.

Ein weiterer Nachteil eines solchen Verfahrens besteht in der relativ langen Aufnahmezeit einer solchen Sequenz von drei monochromen Aufnahmen. Für die Filterung der Strahlung der Blitzlampe kommen in der Regel Farbfilter zum Einsatz, die motorisch bewegt werden, wobei die Filterbewegung etwa 25 bis 50 ms dauert. Das Auslesen eines Bildes aus dem elektronischen Sensor dauert je nach Auflösung etwa 20 bis 70 ms. Somit sind für die Aufnahmen einer kompletten RGB-Sequenz mit Filterwechsel und der Umschaltung aus dem IR-Vorschaumodus in den Dokumentationsmodus bei einer Auflösung von 5 Millionen Pixeln etwa 400 ms zu veranschlagen. Da sich die Iris bei starken optischen Reizen bereits nach etwa 120 bis 180 ms schließt, sind Aufnahme-Sequenzen mit einem Zeitrahmen von ca. 400 ms damit nur in mydriatischen Anwendung möglich. Dies stellt einen wesentlichen Nachteil dar. Zu diesem Zeitrahmen von ca. 400 ms kommt noch die für die rechenintensive Bildnachbearbeitung und Kombination der drei monochromen Bilder erforderliche Zeit, die je nach Bildinhalt zusätzlich zwischen mehreren Sekunden bis hin zu Minuten beträgt.Another disadvantage of such a method is the relatively long recording time of such a sequence of three monochrome images. For the filtering of the radiation of the flashlamp, color filters are generally used which are moved by a motor, whereby the filter movement takes about 25 to 50 ms. The reading out of an image from the electronic sensor takes about 20 to 70 ms, depending on the resolution. Thus, for the recording of a complete RGB sequence with filter change and the switch from the IR preview mode in the documentation mode at a resolution of 5 million pixels about 400 ms to be estimated. Since the iris already closes after approximately 120 to 180 ms with strong optical stimuli, recording sequences with a time frame of approximately 400 ms are thus only possible in mydriatic application. This represents a significant disadvantage. At this time frame of about 400 ms is still required for the compute-intensive image post-processing and combination of the three monochrome images time, which is depending on the image additionally between several seconds to minutes.

Eine Multipixel Color Funduskamera wird in der noch nicht veröffentlichten Schrift DE 10 2009 043 749.5 beschrieben. Bei dem Verfahren zur Erzeugung hochqualitativer Aufnahmen der Retina, Teilen der Retina oder auch der vorderen Augenabschnitte wird das Auge mit infrarotem und monochromem Licht definierter Wellenlängen beleuchtet und das von Teilen des Auges reflektierte, infrarote und monochrome Licht von mindestens einem Sensor aufgenommen und zur Weiterverarbeitung, Auswertung, Darstellung und Speicherung an eine Steuereinheit weitergeleitet. Hierbei werden mindestens zwei, bei infraroter und monochromer Beleuchtung einer definierter Wellenlängen gleichzeitig bzw. unmittelbar hintereinander aufgenommen Bildpaare an die Steuereinheit weitergeleitet. Aus den bei infraroter Beleuchtung aufgenommenen Bilder aller Bildpaare wird von der Steuereinheit eine mögliche Pixelverschiebung zwischen den aufgenommenen Bildpaaren ermittelt und danach die bei monochromer Beleuchtung mit definierten Wellenlängen aufgenommenen Bilder aller Bildpaare pixelgenau zu einem Gesamtbild kombiniert.A multi-pixel color fundus camera will be in the yet unpublished font DE 10 2009 043 749.5 described. In the method for producing high-quality recordings of the retina, parts of the retina or the anterior eye segments, the eye is illuminated with infrared and monochrome light of defined wavelengths and the infrared and monochromatic light reflected from parts of the eye is picked up by at least one sensor and processed for further processing. Evaluation, presentation and storage forwarded to a control unit. In this case, at least two pairs of images recorded in infrared and monochrome illumination of a defined wavelengths at the same time or directly after one another are forwarded to the control unit. The control unit determines a possible pixel shift between the recorded image pairs from the images of all image pairs taken with infrared illumination, and then combines the images of all image pairs taken with monochrome illumination with defined wavelengths to form a complete pixel image.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren wird eine Lösung zur Erzeugung hochaufgelöster Farb-Bildes der Retina, Teilen der Retina oder auch der vorderen Augenabschnitte zur Verfügung gestellt, die in ihrer Auflösung nur durch die Augenpupille beugungsbegrenzt wird. Das vorgeschlagene Verfahren erzeugt nur äußerst geringe Strahlungsbelastungen am Patientenauge und erfordert keine rechenintensiven Nachbearbeitungen. Nachteilig wirkt sich allerdings aus, dass sich störende Einflüsse der Messanordnung, wie beispielsweise das Rauschen des Bildaufnahmesensors nach wie vor negativ auf die Messergebnisse auswirken.The method described here provides a solution for producing high-resolution color images of the retina, parts of the retina or also of the anterior segment of the eye, the resolution of which is limited in its resolution only by the pupil of the eye. The proposed method produces only extremely low radiation exposure to the patient's eye and requires no computationally intensive reworking. A disadvantage, however, is that disturbing influences of the measuring arrangement, such as the noise of the image sensor still have a negative effect on the measurement results.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zur Erzeugung hochwertiger Fundusaufnahmen zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile der Lösungen des Standes der Technik beseitigt und mit der bei geringer Strahlungsbelastung des Patientenauges Fundusaufnahmen mit höherer Auflösung und Dynamik, sowie verbesserter Bildschärfe und vermindertem Rauschen realisierbar sind.The present invention has for its object to provide a solution for producing high-quality Fundusaufnahmen available, which eliminates the disadvantages of the solutions of the prior art and with the low radiation exposure of the patient's eye Fundusaufnahmen with higher resolution and dynamics, and improved image sharpness and reduced noise are feasible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. According to the invention the object is solved by the features of the independent claims. Preferred developments and refinements are the subject of the dependent claims.

Die Aufgabe wir durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung hochwertiger Fundusaufnahmen, bei dem das Auge mit Lichtpulsen definierter Wellenlängen beleuchtet, das von Teilen des Auges reflektierte Licht von mindestens einem Sensor aufgenommen und zur Weiterverarbeitung, Auswertung, Darstellung und Speicherung an eine Steuereinheit weitergeleitet wird, dadurch gelöst, dass mindestens drei monochromatische Aufnahmen bei definierten Wellenlängen in sehr kurzem zeitlichen Abstand und danach ein Dunkelbild des Fundus von mindestens einem Sensor aufgenommen und an die Steuereinheit weitergeleitet werden, dass nach der Aktivierung eines spektralselektiven, optischen Elementes vom Sensor bei weißer Beleuchtung eine Farbintensitätsverteilung des Fundus aufgenommen und ebenfalls an die Steuereinheit weitergeleitet wird und dass die mindestens drei monochromatischen Aufnahmen von der Steuereinheit zu einer resultierenden Farb-Fundusaufnahme kombiniert werden, wobei dabei die Farbintensitätsverteilung zur Korrektur der Farbzusammensetzung und das Dunkelbild zur Berücksichtigung des Rauschens des Sensors dienen.The object we by the inventive method for generating high-quality Fundusaufnahmen, in which the eye illuminated with light pulses of defined wavelengths, which is absorbed by parts of the eye reflected light from at least one sensor and forwarded for further processing, evaluation, display and storage to a control unit, characterized solved that at least three monochromatic images at defined wavelengths in very short time interval and then a dark image of the fundus of at least one sensor and forwarded to the control unit that after activation of a spectrally selective optical element from the sensor with white illumination, a color intensity distribution of Fundus is received and also forwarded to the control unit and that the at least three monochromatic images are combined by the control unit to a resulting color fundus recording, wherein the Farbin intensity distribution to correct the color composition and the dark image to account for the noise of the sensor serve.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung hochwertiger Fundusaufnahmen besteht aus einer Lichtquelle zu Beleuchtung eines Auges mit Lichtpulsen definierter Wellenlängen, mindestens einem Sensor zum Aufnehmen, des von Teilen des Auges reflektierte Licht und einer Steuereinheit zur Weiterverarbeitung, Auswertung, Darstellung und Speicherung der vom Sensor übermittelten Aufnahmen des Fundus. Dazu ist der Sensor so ausgebildet, dass er mindestens drei monochromatische Aufnahmen bei definierten Wellenlängen in sehr kurzem zeitlichen Abstand und danach ein Dunkelbild des Fundus aufnehmen und an die Steuereinheit weiterleiten kann. Zur Aufnahme einer Farbintensitätsverteilung des Fundus bei weißer Beleuchtung ist vor dem Sensor ein aktivierbares spektralselektives, optisches Element vorhanden. Die Steuereinheit ist in der Lage die mindestens drei monochromatischen Aufnahmen zu einer resultierenden Farb-Fundusaufnahme zu kombinieren, wobei die Farbintensitätsverteilung zur Korrektur der Farbzusammensetzung und das Dunkelbild zur Berücksichtigung des Rauschens des Sensors dienen.The device according to the invention for generating high-quality fundus images consists of a light source for illuminating an eye with light pulses of defined wavelengths, at least one sensor for recording the light reflected from parts of the eye and a control unit for further processing, evaluation, display and storage of the images of the sensor transmitted by the sensor fundus. For this purpose, the sensor is designed so that it can record at least three monochromatic images at defined wavelengths in a very short time interval and then a dark image of the fundus and forward it to the control unit. To record a color intensity distribution of the fundus with white illumination, an activatable spectrally selective, optical element is present in front of the sensor. The control unit is able to combine the at least three monochromatic images into a resulting color fundus image, the color intensity distribution for correcting the color composition and the dark image for taking into account the noise of the sensor.

Die erfindungsgemäße Lösung ist zur Beobachtung, Dokumentation und/oder Diagnose des Fundus eines Auges vorgesehen, wobei die Diagnose durch Auswertung farbiger, hochaufgelöster Aufnahmen der Retina oder Teilen der Retina erfolgt.The solution according to the invention is intended for the observation, documentation and / or diagnosis of the fundus of an eye, the diagnosis taking place by evaluation of colored, high-resolution images of the retina or parts of the retina.

Prinzipiell kann das vorgeschlagene Verfahren auch mit ophthalmologischen Systemen durchgeführt werden, die auf dem Prinzip der optischen Kohärenz und/oder der konfokalen Abbildung basieren, so dass die Kombination der gescannten Teilbereiche zu einer Gesamtaufnahme erfolgen kann.In principle, the proposed method can also be carried out with ophthalmological systems which are based on the principle of optical coherence and / or confocal imaging, so that the combination of the scanned portions can be made into a total recording.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.The invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung hochwertiger Fundusaufnahmen wird das Auge mit Lichtpulsen definierter Wellenlängen beleuchtet, das von Teilen des Auges reflektierte Licht von mindestens einem Sensor aufgenommen und zur Weiterverarbeitung, Auswertung, Darstellung und Speicherung an eine Steuereinheit weitergeleitet. Dabei werden mindestens drei monochromatische Aufnahmen bei definierten Wellenlängen in sehr kurzem zeitlichen Abstand und danach ein Dunkelbild des Fundus von mindestens einem Sensor aufgenommen und an die Steuereinheit weitergeleitet. Nach dem Aktivieren eines spektralselektiven, optischen Elementes wird vom Sensor bei weißer Beleuchtung eine Farbintensitätsverteilung des Fundus aufgenommen und ebenfalls an die Steuereinheit weitergeleitet. Von der Steuereinheit werden die mindestens drei monochromatischen Aufnahmen zu einer resultierenden Farb-Fundusaufnahme kombiniert, wobei die Farbintensitätsverteilung zur Korrektur der Farbzusammensetzung und das Dunkelbild zur Berücksichtigung des Rauschens des Sensors dienen.In the method according to the invention for producing high-quality fundus images, the eye is illuminated with light pulses of defined wavelengths, the light reflected from parts of the eye is received by at least one sensor and forwarded to a control unit for further processing, evaluation, display and storage. At least three monochromatic images are taken at defined wavelengths in a very short time interval and then a dark image of the fundus of at least one sensor and forwarded to the control unit. After activating a spectrally selective optical element, the sensor picks up a color intensity distribution of the fundus in the case of white illumination and also forwards it to the control unit. The control unit combines the at least three monochromatic images into a resulting color fundus image, whereby the color intensity distribution serves to correct the color composition and the dark image to take account of the noise of the sensor.

Während das Dunkelbild das Rauschen des Sensors beschreibt und bei der Kombination der mindestens drei monochromatischen Aufnahmen berücksichtigt wird, dient die Farbintensitätsverteilung als Vorgabe für die Farbzusammensetzung der resultierenden Farb-Fundusaufnahme.While the dark image describes the noise of the sensor and is taken into account in the combination of the at least three monochromatic images, the color intensity distribution serves as a specification for the color composition of the resulting color fundus image.

Dazu wird die Farbzusammensetzung des resultierenden Farb-Fundusbildes an die Farbintensitätsverteilung angepasst, so dass dessen Dynamik wesentlich verbessert wird.For this purpose, the color composition of the resulting color fundus image is adapted to the color intensity distribution, so that its dynamics are significantly improved.

Die Erzeugung hochwertiger Fundusaufnahmen erfolgt somit durch die Kombination mehrerer, sequentiell aufgenommener Aufnahmen des Fundus, wobei unterschiedliche Beleuchtungsverhältnisse zur Anwendung kommen. Im Detail werden fünf Aufnahmen, drei monochromatische und ein Dunkelbild des Fundus und abschließend eine Farbintensitätsverteilung realisiert.The generation of high-quality fundus images thus takes place through the combination of several, sequentially recorded images of the fundus, with different lighting conditions are used. In detail, five images, three monochromatic and one dark image of the fundus and finally a color intensity distribution are realized.

Bevorzugt kann das spektralselektive, optische Element durch Einschwenken vor den Sensor in den Strahlengang aktiviert werden.Preferably, the spectrally selective, optical element can be activated by pivoting in front of the sensor in the beam path.

Zur Beleuchtung des Auges wird hierbei bevorzugt Hochleistungs-LEDs oder eine Xenon-Blitzlampe mit entsprechenden optischen Filtern verwendet, deren Lichtpulse Längen von 200 bis 500 μs aufweisen. To illuminate the eye, high-power LEDs or a xenon flash lamp with corresponding optical filters whose light pulses have lengths of 200 to 500 μs are preferably used here.

Durch diese sehr kurzen Lichtpulse können ungewollte Augenbewegungen weitgehend vermieden werden, so dass eine Bewegungsunschärfe in den Aufnahmen nicht auftritt. Das Schließen der Pupille des Patientenauges kann somit während der Aufnahmezeit der ersten vier Aufnahmen nahezu ausgeschlossen werden.These very short light pulses unwanted eye movements can be largely avoided, so that a motion blur does not occur in the images. The closing of the pupil of the patient's eye can thus be almost excluded during the recording time of the first four shots.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden von dem vorhandenen, hochauflösenden Sensor drei monochromatische Aufnahmen angefertigt. Die monochromatische Beleuchtung erfolgt mit jeweils einer der Wellenlängen „Rot”, „Grün” und „Blau”, vorzugsweise in der Reihenfolge der geringsten Reizung des Auges. Vorteilhaft sollte daher zunächst eine Aufnahme im roten Bereich, mit der geringsten Reizung erfolgen. Nachdem eine Aufnahme im blauen Bereich, bei relativ geringer Reizung erfolgte, wird abschließend eine Aufnahme im grünen Bereich gemacht, bei der das Auge am empfindlichsten ist und eine maximale Reizung erfolgt. Die Aufnahme der drei monochromatischen des Fundus erfolgt somit innerhalb einer Zeit von maximal 140 ms.In a first advantageous embodiment of the method, three monochromatic images are taken of the existing, high-resolution sensor. The monochromatic illumination takes place in each case with one of the wavelengths "red", "green" and "blue", preferably in the order of the least irritation of the eye. Advantageously, therefore, should first take a picture in the red area, with the least irritation. After taking a picture in the blue area, with relatively little irritation, a final shot is made in the green area, where the eye is most sensitive and maximum irritation occurs. The recording of the three monochromatic fundus thus takes place within a maximum time of 140 ms.

Die Farbintensitätsverteilung wird vorteilhaft ermittelt indem ein Fundusbild bei weißer Beleuchtung angefertigt wird. Dazu wird vor dem Sensor ein spektralselektives, optisches Element in den Strahlengang eingeschwenkt. Das vom Fundus reflektierte Licht wird von dem spektralselektiven, optischen Element spektral in mindestens drei Kanäle zerlegt und auf drei unterschiedliche Sektoren des Sensors fokussiert. Der Sensor ist deshalb in der Lage, Farbintensitätswerte sektorweise auszulesen und an die Steuereinheit weiterzuleiten. Analog zu den bei monochromatischer Beleuchtung aufgenommenen Aufnahmen des Fundus erfolgt die spektralselektive Aufspaltung in die drei Wellenlängen „Rot”, „Grün” und „Blau”.The color intensity distribution is advantageously determined by making a fundus image with white illumination. For this purpose, a spectrally selective, optical element is pivoted into the beam path in front of the sensor. The reflected light from the fundus is spectrally dissected by the spectrally selective optical element into at least three channels and focused on three different sectors of the sensor. The sensor is therefore able to read color intensity values sector by sector and forward them to the control unit. Analogous to the images of the fundus taken with monochromatic illumination, the spectrally selective splitting into the three wavelengths "red", "green" and "blue" takes place.

Als spektralselektives, optisches Element können sowohl optische Gitter als auch diffraktive optische Elemente oder Prismen zum Einsatz kommen.As a spectrally selective, optical element both optical grating and diffractive optical elements or prisms can be used.

Zum Beispiel wird im Anschluss noch ein Dunkelbild des Fundus, d. h. eine Aufnahme ohne Beleuchtung aufgenommen und an die Steuereinheit weitergeleitet. Von der Steuereinheit werden die drei monochromatischen Aufnahmen zu einer resultierenden Farb-Fundusaufnahme kombiniert, wobei die Farbintensitätsverteilung zur Korrektur der Farbzusammensetzung und das Dunkelbild zur Berücksichtigung des Rauschens des Sensors dienen.For example, a dark image of the fundus, d. H. recorded without illumination and forwarded to the control unit. The control unit combines the three monochromatic images into a resulting color fundus image, the color intensity distribution for correcting the color composition and the dark image for taking into account the noise of the sensor.

In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden von dem vorhandenen, hochauflösenden Sensor vier monochromatische Aufnahmen angefertigt. Dadurch kann sowohl der Farbraum, als auch die Auflösung (bei Sub-Pixel Interpolation) weiter zu verbessert werden. Ein mögliches Farbmodell für vier Farben wäre des CMYG-Modell, mit den Farben: „Cyan”, „Magenta”, „Yellow” und „Green”. Vorteilhaft erfolgen die vier Aufnahmen auch hier in der Reihenfolge der geringsten Reizung aufgenommen werden Die Farbintensitätsverteilung wird auch hier durch ein Fundusbild bei weißer Beleuchtung angefertigt, wobei das vom Fundus reflektierte Licht von dem spektralselektiven, optischen Element spektral in die vier Kanäle zerlegt und auf vier unterschiedliche Sektoren des Sensors fokussiert wird. Analog zur ersten Ausgestaltung erfolgt die spektralselektive Aufspaltung in die vier Wellenlängen „Cyan”, „Magenta”, „Yellow” und „Green”.In a second advantageous embodiment of the method, four monochromatic images are taken of the existing, high-resolution sensor. As a result, both the color space and the resolution (with sub-pixel interpolation) can be further improved. One possible color model for four colors would be the CMYG model, with the colors "cyan," "magenta," "yellow," and "green." The color intensity distribution is also made here by a fundus image with white illumination, wherein the light reflected from the fundus spectrally divided by the spectrally selective optical element into the four channels and four different Sectors of the sensor is focused. Analogously to the first embodiment, the spectrally selective splitting into the four wavelengths "cyan", "magenta", "yellow" and "green".

Auch hier wird zum Beispiel im Anschluss ein Dunkelbild des Fundus, d. h. eine Aufnahme ohne Beleuchtung aufgenommen und an die Steuereinheit weitergeleitet. Von der Steuereinheit werden die vier monochromatischen Aufnahmen zu einer resultierenden Farb-Fundusaufnahme kombiniert, wobei die Farbintensitätsverteilung zur Korrektur der Farbzusammensetzung und das Dunkelbild zur Berücksichtigung des Rauschens des Sensors dienen.Here too, for example, a dark image of the fundus, i. H. recorded without illumination and forwarded to the control unit. The control unit combines the four monochromatic images into a resulting color fundus image, the color intensity distribution for correcting the color composition and the dark image for taking into account the noise of the sensor.

In einer dritten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können auftretende Farblängsfehler durch einen wellenlängenspezifischen Fokusshift ausgeglichen werden, indem für jede Wellenlänge der Fokus individuell angepasst wird. Somit kann für alle monochromatischen Aufnahmen der Fokus individuell angepasst werden, so dass die Aufnahmen über eine konstant sehr gute Bildschärfe verfügen. Der Fokusshift wird bevorzugt bei mechanisch bewegten Objektiven angewendet.In a third advantageous embodiment of the method occurring longitudinal chromatic aberrations can be compensated by a wavelength-specific Fokusshift by the focus is adjusted individually for each wavelength. Thus, the focus can be adjusted individually for all monochromatic images, so that the images have a consistently very good image sharpness. The focus shift is preferred for mechanically moving lenses.

Eine vierte vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Filtercharakteristiken der verwendeten Filter an einen Farb-Sensor angepasst werden, damit die prinzipielle Farbzusammensetzung der einer typischen Farbaufnahme entspricht. Die von der Steuereinheit aus den monochromatischen Aufnahmen erzeugte resultierende Farb-Fundusaufnahme verfügt somit über eine vergleichbare Farbqualität.A fourth advantageous embodiment provides that the filter characteristics of the filters used are adapted to a color sensor so that the principal color composition corresponds to that of a typical color image. The resultant color fundus image generated by the control unit from the monochromatic images thus has a comparable color quality.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden zur Aufnahme des von Teilen des Auges reflektierten Lichtes mehr als nur ein Sensor verwendet. Im Einzelnen wird die Farbintensitätsverteilung des Fundus bei weißer Beleuchtung von einem zweiten Sensor aufgenommen und an die Steuereinheit weitergeleitet wird.In a further advantageous embodiment of the method, more than just one sensor is used to receive the light reflected from parts of the eye. In detail, the color intensity distribution of the fundus is recorded by a second sensor in white illumination and forwarded to the control unit.

Dabei kann als zweiter Sensor entweder eine entsprechende Anzahl von Einzeldetektoren oder aber ein Farb-Sensor Verwendung finden. In this case, either a corresponding number of individual detectors or else a color sensor can be used as the second sensor.

Bei der Verwendung einer entsprechenden Anzahl von Einzeldetektoren muss das von Teilen des Auges reflektierte Licht ebenfalls durch ein spektralselektives, optisches Element entsprechend aufgespalten und auf die Einzeldetektoren fokussiert werden. Dementsprechend ist zur Aufnahme der Farbintensitätsverteilung des Fundus bei weißer Beleuchtung vor die Einzeldetektoren ein spektralselektives, optisches Element einzuschwenken. Als Einzeldetektoren kommen hierbei im einfachsten Fall Fotodioden zur Anwendung.When using a corresponding number of individual detectors, the light reflected from parts of the eye also has to be correspondingly split by a spectrally selective, optical element and focused on the individual detectors. Accordingly, in order to record the color intensity distribution of the fundus in the case of white illumination, a spectrally selective, optical element is to be swiveled in front of the individual detectors. In the simplest case, photodiodes are used as individual detectors.

Im Gegensatz dazu genügt es bei der Verwendung eines Farb-Sensors als zweiten Sensor statt eines spektralselektiven, optischen Elementes ein Spiegelelement einzuschwenken. Von diesem wird das von Teilen des Auges reflektierte Licht auf den gesamten Farb-Sensors abgebildet, der eine Farbaufnahme des Fundus realisiert. Der verwendete Farb-Sensor ist vorzugsweise vom CCD-Typ.In contrast, when using a color sensor as the second sensor, it is sufficient to turn a mirror element instead of a spectrally selective optical element. From this, the light reflected from parts of the eye is imaged onto the entire color sensor, which realizes a color photograph of the fundus. The color sensor used is preferably of the CCD type.

Unabhängig von der Anzahl und Art der verwendeten Sensoren werden von der Steuereinheit die monochromatischen Aufnahmen zu einer resultierenden Farb-Fundusaufnahme kombiniert, wobei die Farbintensitätsverteilung zur Korrektur der Farbzusammensetzung und das Dunkelbild zur Berücksichtigung des Rauschens des Sensors dienen.Regardless of the number and type of sensors used, the control unit combines the monochromatic images into a resulting color fundus image, with the color intensity distribution used to correct the color composition and the dark image to account for the noise of the sensor.

Allerdings wird die Farbzusammensetzung bei der Verwendung eines Farb-Sensors nicht durch eine Farbintensitätsverteilung, sondern durch eine einfache Farbaufnahme des Fundus bei weißer Beleuchtung realisiert. Dementsprechend wird das resultierende Farb-Fundusbildes an das Farb-Histogramm dieser Farbaufnahme angepasst. Die Dynamik des resultierenden Farb-Fundusbildes wird dadurch wesentlich verbessert.However, the color composition when using a color sensor is not realized by a color intensity distribution, but by a simple color image of the fundus with white illumination. Accordingly, the resulting color fundus image is adjusted to the color histogram of that color image. The dynamics of the resulting color fundus image is thereby significantly improved.

In einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die monochromatischen Aufnahmen bei ausgesteuertem Sensor aufgenommen, um ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis und eine hohe dynamische Auflösung der resultierenden Farb-Fundusaufnahme zu gewährleisten. Dabei sollte der Pegel der Aussteuerung der Einzelaufnahmen bei ca. 70% liegen. Damit erhält man für jede monochromatische Aufnahme ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis. Mittels der bekannten Farbzusammensetzung des Farbsensors ermittelt dann die Steuereinheit eine farbige Fundsaufnahme mit einem optimalen Signal-Rausch Verhältnis und einer sehr hohen dynamische Auflösung.In a next advantageous refinement of the method, the monochromatic images are recorded when the sensor is controlled in order to ensure an optimum signal-to-noise ratio and a high dynamic resolution of the resulting color fundus image. The level of the modulation of the individual images should be around 70%. This gives you an optimal signal-to-noise ratio for every monochromatic recording. By means of the known color composition of the color sensor, the control unit then determines a colored fund recording with an optimum signal-to-noise ratio and a very high dynamic resolution.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Dauer und Intensität des monochromatischen Beleuchtungslichts während der Aufnahme erfasst, ein Maß für die emittierte optische Energie ermittelt, jeder Aufnahme zugeordnet und an die Steuereinheit weitergeleitet. Alternativ kann die Energie der jeweiligen monochromatischen Aufnahmen gemessen werden. Dadurch ist es möglich die für die monochromatische Beleuchtung jeweils voreingestellte Intensität bzw. Energie zu kontrollieren und auch typ- oder altersbedingte Schwankungen der Strahlungsquellen individuell zu bestimmen, um die Reproduzierbarkeit bezüglich Helligkeit und Farbzusammensetzung weiter zu verbessern. Typ- oder altersbedingte Intensitätsschwankungen der Strahlungsquelle können beispielsweise den Vergleich von Fundusaufnahmen erschweren oder gar unmöglich machen.In a further advantageous embodiment, the duration and intensity of the monochromatic illumination light is detected during the recording, determines a measure of the emitted optical energy, assigned to each recording and forwarded to the control unit. Alternatively, the energy of the respective monochromatic images can be measured. This makes it possible to control the respectively preset intensity or energy for the monochromatic illumination and also to individually determine type- or age-related fluctuations of the radiation sources in order to further improve the reproducibility with respect to brightness and color composition. Type or age-related intensity fluctuations of the radiation source can, for example, make the comparison of fundus images difficult or even impossible.

Weiterhin können die Werte der (tatsächlich) emittierten optischen Energie von der Steuereinheit bei der Kombination der monochromatischen Aufnahmen zu einer resultierenden Farb-Fundusaufnahme, insbesondere bei der Korrektur der Farbzusammensetzung zusätzlich berücksichtigt werden. Dadurch kann neben der Farbtreue, auch das Signal-Rausch-Verhältnis und die dynamische Auflösung der resultierenden Farb-Fundusaufnahme weiter verbessert werden.Furthermore, the values of the (actually) emitted optical energy can be additionally taken into account by the control unit in the combination of the monochromatic images to a resulting color fundus acquisition, in particular in the correction of the color composition. As a result, in addition to the color fidelity, the signal-to-noise ratio and the dynamic resolution of the resulting color fundus image can be further improved.

Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Werte der emittierten optischen Energie sowohl zur Analyse der Beleuchtung als auch zur Erzeugung einer resultierenden Farb-Fundusaufnahme verwendet werden.In this case, it is particularly advantageous if the values of the emitted optical energy are used both to analyze the illumination and to generate a resulting color fundus image.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Auflösung der von der Steuereinheit aus den monochromatischen Aufnahmen kombinierten, resultierenden Farb-Fundusaufnahme durch Sub-Pixel-Interpolation weiter erhöht werden.In a further advantageous embodiment of the method, the resolution of the color fundus image combined by the control unit from the monochromatic images can be further increased by sub-pixel interpolation.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist darin zu sehen, dass zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Funduskamera Verwendung findet.A further advantageous embodiment of the method can be seen in the fact that a fundus camera is used to carry out the method according to the invention.

So ist beispielsweise die Funduskamera „VISUCAM” der Carl Zeiss Meditec AG anwendbar, die dafür mit einer Xenon-Blitzlampe mit entsprechenden Filtern und der erforderlichen Software für die Steuereinheit ausgerüstet werden muss, da ein elektronischer Sensor der im monochromatischen als auch im Farbmodus arbeitet, in der Regel bereits vorhanden ist.For example, the "VISUCAM" fundus camera from Carl Zeiss Meditec AG can be used, which must be equipped with a xenon flash lamp with appropriate filters and the necessary software for the control unit, since an electronic sensor operating in monochromatic as well as in color mode, the rule already exists.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung hochwertiger Fundusaufnahmen besteht aus einer Lichtquelle zu Beleuchtung eines Auges mit Lichtpulsen definierter Wellenlängen, mindestens einem Sensor zum Aufnehmen, des von Teilen des Auges reflektierte Licht und einer Steuereinheit zur Weiterverarbeitung, Auswertung, Darstellung und Speicherung der vom Sensor übermittelten Aufnahmen des Fundus. Dabei ist der Sensor so ausgebildet, dass er mindestens drei monochromatische Aufnahmen bei definierten Wellenlängen in sehr kurzem zeitlichen Abstand und danach ein Dunkelbild des Fundus aufnehmen und an die Steuereinheit weiterleiten kann. Vor dem Sensor ist ein aktivierbares spektralselektives, optisches Element zur Aufnahme einer Farbintensitätsverteilung des Fundus bei weißer Beleuchtung vorhanden. Außerdem ist die Steuereinheit in der Lage ist die mindestens drei monochromatischen Aufnahmen zu einer resultierenden Farb-Fundusaufnahme zu kombinieren, wobei die Farbintensitätsverteilung zur Korrektur der Farbzusammensetzung und das Dunkelbild zur Berücksichtigung des Rauschens des Sensors dienen.The inventive device for generating high-quality Fundusaufnahmen consists of a light source for illumination of an eye with light pulses of defined wavelengths, at least one sensor for recording, the light reflected from parts of the eye and a control unit for Further processing, evaluation, presentation and storage of the images of the fund transmitted by the sensor. In this case, the sensor is designed so that it can record at least three monochromatic images at defined wavelengths in a very short time interval and then a dark image of the fundus and forward it to the control unit. In front of the sensor is an activatable spectrally selective, optical element for recording a color intensity distribution of the fundus with white illumination available. In addition, the control unit is able to combine the at least three monochromatic images into a resulting color fundus image, the color intensity distribution for correcting the color composition and the dark image for taking into account the noise of the sensor.

Während das Dunkelbild das Rauschen des Sensors beschreibt und bei der Kombination der mindestens drei monochromatischen Aufnahmen zu einer resultierenden Fundusaufnahme berücksichtigt wird, dient die Farbintensitätsverteilung als Vorgabe für die Farbzusammensetzung der resultierenden Farb-Fundusaufnahme. Dazu wird die Farbzusammensetzung des resultierenden Farb-Fundusbildes an die Farbintensitätsverteilung angepasst, so dass dessen Dynamik wesentlich verbessert wird.While the dark image describes the noise of the sensor and is taken into account in the combination of the at least three monochromatic images to a resulting fundus image, the color intensity distribution serves as a specification for the color composition of the resulting color fundus image. For this purpose, the color composition of the resulting color fundus image is adapted to the color intensity distribution, so that its dynamics are significantly improved.

Bevorzugt ist das aktivierbare, spektralselektive optische Element ein schwenkbares optisches Gitter, Prisma oder diffraktives, optisches Element.Preferably, the activatable, spectrally selective optical element is a pivotable optical grating, prism or diffractive optical element.

Die Lichtquelle zur Beleuchtung des Auges ist hierbei Hochleistungs-LEDs oder eine Xenon-Blitzlampe mit Lichtpulslängen von 200 bis 500 μs, die über entsprechende optische Filter verfügt.The light source for illuminating the eye is high-power LEDs or a xenon flash lamp with light pulse lengths of 200 to 500 μs, which has corresponding optical filters.

Die Lichtquelle ist so ausgebildet, dass Lichtpulse mit jeweils einer der Wellenlängen „Rot”, „Grün” und „Blau”, vorzugsweise in der Reihenfolge der geringsten Reizung sowie einem „kompletten” Spektrum ausgesendet werden können. Für die monochromatische Beleuchtung mit jeweils einer der Wellenlängen „Rot”, „Grün” und „Blau” werden die entsprechenden Filter in den Strahlengang ein- und wieder ausgeschwenkt. Die Reihenfolge der Einzelfarben erfolgt vorzugsweise in der Reihenfolge der geringsten Reizung des Auges. Vorteilhaft sollte daher zunächst eine Aufnahme im roten Bereich, mit der geringsten Reizung erfolgen. Nachdem eine Aufnahme im blauen Bereich, bei relativ geringer Reizung erfolgte, wird abschließend eine Aufnahme im grünen Bereich gemacht, bei der das Auge am empfindlichsten ist und eine maximale Reizung erfolgt.The light source is designed such that light pulses each having one of the wavelengths "red", "green" and "blue", preferably in the order of least irritation and a "complete" spectrum can be transmitted. For the monochromatic illumination, each with one of the wavelengths "red", "green" and "blue", the corresponding filters are switched in and out of the beam path. The order of the individual colors is preferably in the order of the least irritation of the eye. Advantageously, therefore, should first take a picture in the red area, with the least irritation. After taking a picture in the blue area, with relatively little irritation, a final shot is made in the green area, where the eye is most sensitive and maximum irritation occurs.

Außerdem ist der Sensor so ausgebildet, dass die monochromatischen Aufnahmen sowie die Aufnahme der Farbintensitätsverteilung des Fundus innerhalb einer Zeit von maximal 140 ms aufgenommen und an die Steuereinheit weitergeleitet werden können.In addition, the sensor is designed so that the monochromatic images and the recording of the color intensity distribution of the fundus can be recorded within a maximum time of 140 ms and forwarded to the control unit.

Durch diese sehr kurze Zeitspanne können ungewollte Augenbewegungen weitgehend vermieden werden, so dass auf die aufwendige Ermittlungen und Korrekturen der Verschiebungen zwischen den Einzelbildern verzichtet werden kann. Sowohl das Schließen der Pupille des Patientenauges als auch dessen Bewegung kann somit während der Aufnahmezeit der ersten vier Aufnahmen nahezu ausgeschlossen werden.This very short period of time unwanted eye movements can be largely avoided, so that can be dispensed with the elaborate investigations and corrections of the shifts between the individual images. Both the closing of the pupil of the patient's eye and its movement can thus be almost excluded during the recording time of the first four shots.

Der Sensor nimmt zur Ermittlung der Farbintensitätsverteilung vorteilhaft ein Fundusbild bei weißer Beleuchtung auf. Dazu wird vor dem Sensor ein spektralselektives, optisches Element in den Strahlengang eingeschwenkt. Das vom Fundus reflektierte Licht wird von dem spektralselektiven, optischen Element spektral in mindestens drei Kanäle zerlegt und auf drei unterschiedliche Sektoren des Sensors fokussiert. Der Sensor ist deshalb in der Lage, Farbintensitätswerte sektorweise auszulesen und an die Steuereinheit weiterzuleiten. Analog zu den bei monochromatischer Beleuchtung aufgenommenen Aufnahmen des Fundus erfolgt die spektralselektive Aufspaltung in die drei Wellenlängen „Rot”, „Grün” und „Blau”.The sensor advantageously takes on a fundus image with white illumination to determine the color intensity distribution. For this purpose, a spectrally selective, optical element is pivoted into the beam path in front of the sensor. The reflected light from the fundus is spectrally dissected by the spectrally selective optical element into at least three channels and focused on three different sectors of the sensor. The sensor is therefore able to read color intensity values sector by sector and forward them to the control unit. Analogous to the images of the fundus taken with monochromatic illumination, the spectrally selective splitting into the three wavelengths "red", "green" and "blue" takes place.

Der Sensor nimmt zum Beispiel im Anschluss noch ein Dunkelbild des Fundus, d. h. eine Aufnahme ohne Beleuchtung auf. Die Steuereinheit ist so ausgebildet, dass die drei monochromatischen Aufnahmen zu einer resultierenden Farb-Fundusauf-nahme kombiniert werden, wobei die Farbintensitätsverteilung zur Korrektur der Farbzusammensetzung und das Dunkelbild zur Berücksichtigung des Rauschens des Sensors dienen.The sensor takes, for example, subsequently a dark image of the fundus, d. H. a shot without lighting on. The control unit is designed to combine the three monochromatic images into a resulting color fundus image, the color intensity distribution for correcting the color composition and the dark image for taking into account the noise of the sensor.

In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Lichtquelle so ausgebildet, dass Lichtpulse mit jeweils einer von vier Wellenlängen, vorzugsweise in der Reihenfolge der geringsten Reizung ausgesendet werden. Dementsprechend ist der Sensor in der Lage vier monochromatische Aufnahmen sowie die Aufnahme der Farbintensitätsverteilung des Fundus innerhalb einer Zeit von maximal 140 ms aufzunehmen und an die Steuereinheit weiterzuleiten.In a second advantageous embodiment of the device, the light source is designed so that light pulses each with one of four wavelengths, preferably in the order of the lowest Irritation be sent out. Accordingly, the sensor is able to record four monochromatic images and the recording of the color intensity distribution of the fundus within a maximum time of 140 ms and forward it to the control unit.

Dadurch kann sowohl der Farbraum, als auch die Auflösung (bei Sub-Pixel Interpolation) weiter verbessert werden. Ein mögliches Farbmodell für vier Farben wäre des CMYG-Modell, mit den Farben: „Cyan”, „Magenta”, „Yellow” und „Green”.As a result, both the color space and the resolution (for sub-pixel interpolation) can be further improved. One possible color model for four colors would be the CMYG model, with the colors "cyan," "magenta," "yellow," and "green."

Der Sensor nimmt zur Ermittlung der Farbintensitätsverteilung wiederum ein Fundusbild bei weißer Beleuchtung auf. Dazu wird vor dem Sensor ein spektralselektives, optisches Element in den Strahlengang eingeschwenkt. Das vom Fundus reflektierte Licht wird von diesem in die vier Kanäle zerlegt und auf vier unterschiedliche Sektoren des Sensors fokussiert. Analog zu den bei monochromatischer Beleuchtung aufgenommenen Aufnahmen des Fundus erfolgt die spektralselektive Aufspaltung in die vier Wellenlängen „Cyan”, „Magenta”, „Yellow” und „Green”.The sensor again takes a fundus image with white illumination to determine the color intensity distribution. For this purpose, a spectrally selective, optical element is pivoted into the beam path in front of the sensor. The reflected light from the fundus is divided by this into the four channels and focused on four different sectors of the sensor. Analogous to the images of the fundus recorded with monochromatic illumination, the spectrally selective splitting into the four wavelengths "cyan", "magenta", "yellow" and "green".

Der Sensor nimmt auch hier noch ein Dunkelbild des Fundus auf. Von der Steuereinheit werden die vier monochromatischen Aufnahmen zu einer resultierenden Farb-Fundusaufnahme kombiniert, wobei die Farbintensitätsverteilung zur Korrektur der Farbzusammensetzung und das Dunkelbild zur Berücksichtigung des Rauschens des Sensors dienen.The sensor also takes on a dark image of the fundus. The control unit combines the four monochromatic images into a resulting color fundus image, the color intensity distribution for correcting the color composition and the dark image for taking into account the noise of the sensor.

In einer dritten vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung weisen die Filter eine an einen Farb-Sensor angepasste Filtercharakteristik auf, damit die prinzipielle Farbzusammensetzung der einer typischen Farbaufnahme entspricht.In a third advantageous embodiment of the device, the filters have a filter characteristic adapted to a color sensor so that the basic color composition corresponds to that of a typical color pickup.

Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass der Sensor für die monochromatischen Aufnahmen hoch ausgesteuert ist, um ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis und eine hohe dynamische Auflösung der resultierenden Farb-Fundusaufnahme zu gewährleisten. Der Pegel der Aussteuerung der Einzelaufnahmen sollte bei ca. 70% liegen. Dadurch kann für jede monochromatische Aufnahme ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis erreicht werden. Mittels der bekannten Farbzusammensetzung des Farbsensors ermittelt dann die Steuereinheit eine farbige Fundsaufnahme mit einem optimalen Signal-Rausch Verhältnis und einer sehr hohen dynamische Auflösung.A further embodiment of the device provides that the sensor for the monochromatic images is highly controlled in order to ensure an optimum signal-to-noise ratio and a high dynamic resolution of the resulting color fundus image. The level of the modulation of the individual shots should be about 70%. As a result, an optimum signal-to-noise ratio can be achieved for each monochromatic recording. By means of the known color composition of the color sensor, the control unit then determines a colored fund recording with an optimum signal-to-noise ratio and a very high dynamic resolution.

Eine weitere Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht zur Aufnahme des von Teilen des Auges reflektierten Lichtes die Verwendung von mehr als nur einem Sensor vor. Im Einzelnen ist für die Aufnahme der Farbintensitätsverteilung des Fundus bei weißer Beleuchtung ein zweiter Sensor vorgesehen.A further embodiment variant of the device according to the invention provides for the use of more than just one sensor for receiving the light reflected from parts of the eye. Specifically, a second sensor is provided for recording the color intensity distribution of the fundus with white illumination.

Der zweite Sensor kann hierbei entweder eine entsprechende Anzahl von Einzeldetektoren oder aber ein Farb-Sensor sein.The second sensor may be either a corresponding number of individual detectors or a color sensor.

Besteht der zweite Sensor aus einer entsprechenden Anzahl von Einzeldetektoren, so ist zum Aufspalten des vom Auge reflektierten Lichtes ebenfalls ein spektralselektives, optisches Element erforderlich. Das spektralselektive, optische Element ist auch hier vorzugsweise einschwenkbar ausgebildet. Die Einzeldetektoren sind im einfachsten Fall Fotodioden.If the second sensor consists of a corresponding number of individual detectors, a spectrally selective, optical element is also required for splitting the light reflected by the eye. The spectrally selective, optical element is formed here preferably swiveling. The single detectors are photodiodes in the simplest case.

Im Gegensatz dazu ist statt eines spektralselektiven, optischen Elementes ein Spiegelelement erforderlich, wenn der zweite Sensor ein Farb-Sensor ist. Von diesem wird das von Teilen des Auges reflektierte Licht auf den gesamten Farb-Sensors abgebildet, der eine Farbaufnahme des Fundus realisiert. Der verwendete Farb-Sensor ist vorzugsweise vom CCD-Typ.In contrast, instead of a spectrally selective optical element, a mirror element is required when the second sensor is a color sensor. From this, the light reflected from parts of the eye is imaged onto the entire color sensor, which realizes a color photograph of the fundus. The color sensor used is preferably of the CCD type.

Die Farbzusammensetzung der resultierenden Farb-Fundusaufnahme wird hierbei nicht durch eine Farbintensitätsverteilung, sondern durch eine einfache Farbaufnahme des Fundus bei weißer Beleuchtung realisiert. Dementsprechend wird das resultierende Farb-Fundusbildes an das Farb-Histogramm dieser Farbaufnahme angepasst. Die Dynamik des resultierenden Farb-Fundusbildes wird dadurch wesentlich verbessert.The color composition of the resulting color Fundusaufnahme is not realized here by a color intensity distribution, but by a simple color image of the fundus with white lighting. Accordingly, the resulting color fundus image is adjusted to the color histogram of that color image. The dynamics of the resulting color fundus image is thereby significantly improved.

Eine weitere Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht zur Aufnahme eines Teiles des monochromatischen Beleuchtungslichts einen weiteren Sensor in Form einer Fotodiode vor. In der Regel sind dafür 2–3% des monochromatischen Beleuchtungslichts ausreichend. Von der Fotodiode wird die Dauer und Intensität des monochromatischen Beleuchtungslichts während der Aufnahme erfasst, ein Maß für die emittierte optische Energie ermittelt, jeder Aufnahme zugeordnet und an die Steuereinheit weitergeleitet. Dadurch ist es möglich die für die monochromatische Beleuchtung jeweils voreingestellte Intensität bzw. Energie zu kontrollieren und auch typ- oder altersbedingte Schwankungen der Strahlungsquellen individuell zu bestimmen, um die Reproduzierbarkeit bezüglich Helligkeit und Farbzusammensetzung weiter zu verbessern. Typ- oder altersbedingte Intensitätsschwankungen der Strahlungsquelle können beispielsweise den Vergleich von Fundusaufnahmen erschweren oder gar unmöglich machen.A further embodiment variant of the device according to the invention provides for receiving a part of the monochromatic illumination light, a further sensor in the form of a photodiode. As a rule, 2-3% of the monochromatic illumination light is sufficient for this purpose. The photodiode detects the duration and intensity of the monochromatic illumination light during the recording, determines a measure of the emitted optical energy, assigns it to each recording and forwards it to the control unit. As a result, it is possible to control the intensity or energy preset for the monochromatic illumination and to also individually determine type-related or age-related fluctuations of the radiation sources in order to ensure the reproducibility with respect to brightness and energy Color composition continues to improve. Type or age-related intensity fluctuations of the radiation source can, for example, make the comparison of fundus images difficult or even impossible.

Weiterhin kann die Steuereinheit so ausgebildet sein, dass die Werte der (tatsächlich) emittierten optischen Energie bei der Kombination der monochromatischen Aufnahmen zu einer resultierenden Farb-Fundusaufnahme, insbesondere bei der Korrektur der Farbzusammensetzung zusätzlich berücksichtigt werden. Dadurch kann neben der Farbtreue, auch das Signal-Rausch-Verhältnis und die dynamische Auflösung der resultierenden Farb-Fundusaufnahme weiter verbessert werden.Furthermore, the control unit can be designed such that the values of the (actually) emitted optical energy are additionally taken into account in the combination of the monochromatic images to a resulting color fundus acquisition, in particular in the correction of the color composition. As a result, in addition to the color fidelity, the signal-to-noise ratio and the dynamic resolution of the resulting color fundus image can be further improved.

Unabhängig von der Anzahl und Art der verwendeten Sensoren ist die Steuereinheit so ausgebildet, dass die monochromatischen Aufnahmen zu einer resultierenden Farb-Fundusaufnahme kombiniert werden, wobei die Farbintensitätsverteilung zur Korrektur der Farbzusammensetzung und das Dunkelbild zur Berücksichtigung des Rauschens des Sensors dienen.Regardless of the number and type of sensors used, the control unit is designed to combine the monochromatic images into a resulting color fundus image, with the color intensity distribution used to correct the color composition and the dark image to account for the noise of the sensor.

Eine weitere Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Steuereinheit in der Lage ist, die Auflösung der aus den monochromatischen Aufnahmen resultierenden Farb-Fundusaufnahme durch Sub-Pixel-Interpolation zu erhöhen.A further embodiment variant of the device according to the invention provides that the control unit is able to increase the resolution of the color fundus image resulting from the monochromatic images by sub-pixel interpolation.

Zur Darstellung der vom Sensor aufgenommenen und an die Steuereinheit weitergeleiteten Aufnahmen des Fundus und der von der Steuereinheit ermittelten, resultierenden Farb-Fundusaufnahmen verfügt die Steuereinheit über ein Display.To display the recorded by the sensor and forwarded to the control unit recordings of the fundus and determined by the control unit, resulting color Fundusaufnahmen, the control unit has a display.

In einer letzten Ausgestaltungsvariante ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung hochwertiger Fundusaufnahmen eine Funduskamera.In a last embodiment variant, the device according to the invention for producing high quality fundus images is a fundus camera.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung wird eine Lösung zur Verfügung gestellt, die die Nachteile der Lösungen des Standes der Technik beseitigt und mit der bei geringer Strahlungsbelastung des Patientenauges Fundusaufnahmen mit höherer Auflösung und Dynamik, sowie verbesserter Bildschärfe und vermindertem Rauschen realisierbar sind.With the method according to the invention and the corresponding device, a solution is made available which overcomes the disadvantages of the solutions of the prior art and with which fundus images with higher resolution and dynamics, as well as improved image sharpness and reduced noise, can be realized with low radiation exposure of the patient's eye.

Die Verwendung von Hochleistungs-LEDs oder einer Xenon-Blitzlampe mit sehr kurzen Pulsen von 200 bis 300 μs kann die Entstehung von Bewegungsunschärfen vermeiden und führt somit zu einer verbesserten Bildschärfe.The use of high-power LEDs or a xenon flash lamp with very short pulses of 200 to 300 μs can prevent the development of motion blur and thus leads to improved image sharpness.

Die ohnehin bereits erreichbare hohe Auflösung der resultierenden Fundusaufnahme kann durch Sub-Pixel Interpolation weiter erhöht werden.The already achievable high resolution of the resulting fundus image can be further increased by sub-pixel interpolation.

Außerdem wird die Dynamik der resultierenden Fundusaufnahme dadurch erhöht, dass dessen Farbzusammensetzung an das Farb-Histogramm der Farbaufnahme angepasst wird.In addition, the dynamics of the resulting fundus image is increased by adjusting its color composition to the color histogram of the color image.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005034332 A1 [0013]
DE 102009043749 [0016]

Claims

A method for generating high-quality Fundusaufnahmen, in which the eye illuminated with light pulses of defined wavelengths, which is reflected by parts of the eye reflected light from at least one sensor and forwarded to a control unit for further processing, evaluation, display and storage, characterized in that at least three monochromatic Recordings at defined wavelengths within a very short time interval and a dark image of the fundus are recorded by at least one sensor and forwarded to the control unit, that after activation of a spectrally selective optical element from the sensor with white illumination, a color intensity distribution of the fundus is recorded and also sent to the control unit is forwarded and that the at least three monochromatic images are combined by the control unit to a resulting color fundus image, wherein the color intensity distribution for the correction of the color z Composition and the dark image to take into account the noise of the sensor.

A method according to claim 1, characterized in that for illuminating the eye, a xenon flash lamp with corresponding optical filters or high-power LEDs is used whose light pulses have lengths of 200 to 500 microseconds.

Method according to at least one of claims 1 and 2, that is used as an activatable, spectrally selective optical element, an optical grating, a prism or a diffractive optical element use.

Method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that three images are taken in monochromatic illumination, each having one of the wavelengths "red", "green" and "blue", preferably in the order of the least irritation.

Method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that four images, in monochromatic illumination, each with one of the wavelengths "cyan", "magenta", "yellow" and "green", are preferably recorded in the order of the least irritation ,

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the existing, at least one sensor summarizes color intensity values sector by sector and forwards them to the control unit.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the filter characteristic of the filter used is adapted to a color sensor, so that the principal color composition corresponds to a typical color image.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that occurring longitudinal chromatic aberrations are compensated by a wavelength-specific Fokusshift by the focus is adjusted individually for each wavelength.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the color intensity distribution of the fundus in white illumination is picked up by a second sensor and forwarded to the control unit.

A method according to claim 9, characterized in that a corresponding number of individual detectors is used as the second sensor, to which the spectrally selected light components are focused.

A method according to claim 9, characterized in that when using a color sensor as a second sensor instead of a spectrally selective optical element, a mirror element is pivoted.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the monochromatic images and the color intensity distribution of the fundus are recorded within a maximum time of 140 ms.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the monochromatic images are recorded at highly controlled sensor in order to ensure an optimum signal-to-noise ratio and a high dynamic resolution of the resulting color Fundusaufnahme.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the duration and intensity or the energy of the monochromatic illumination light is detected during recording by another sensor and forwarded to the control unit with each recording.

A method according to claim 14, characterized in that the control unit determines from the duration and intensity or the energy of the monochromatic illumination light during the recording, the emitted optical energy and assigns each recording.

A method according to claim 14, characterized in that the control unit takes into account the emitted optical energy of the monochromatic image in the correction of the color composition of the resulting color fundus image.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the resolution of the resulting color fundus recording combined by the control unit from the monochromatic images is increased by sub-pixel interpolation.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a fundus camera is used for its implementation.

Device for generating high-quality fundus images, comprising a light source for illuminating an eye with light pulses of defined wavelengths, at least one sensor for recording the light reflected from parts of the eye and a control unit for further processing, evaluation, display and storage of the images of the fundus transmitted by the sensor , characterized in that the sensor is designed so that it can record at least three monochromatic images at defined wavelengths in a very short time interval and a dark image of the fundus and forward to the control unit, that in front of the sensor an activatable spectrally selective, optical element for recording a color intensity distribution of the fundus in white illumination is present and that the control unit is able to combine the at least three monochromatic images to a resulting color fundus image, wherein the color intensity distribution z Ur correction of the color composition and the dark image to take into account the noise of the sensor.

Apparatus according to claim 19, characterized in that the light source for illuminating the eye is high-power LEDs or a xenon flash lamp with light pulse lengths of 200 to 500 μs, which has corresponding optical filters.

Device according to at least one of claims 19 and 20, characterized in that the activatable, spectrally selective optical element is a swivelable optical grating, prism or diffractive optical element.

Device according to at least one of claims 19 to 21, characterized in that the light source is designed so that light pulses each having one of the three wavelengths "red", "green" and "blue" are emitted, preferably in the order of least irritation.

Device according to at least one of claims 19 to 22, characterized in that the light source is designed so that light pulses each having one of the four wavelengths "cyan", "magenta", "yellow" and "green", preferably in the order of the least Irritation be sent out.

Device according to at least one of claims 19 to 23, characterized in that the existing at least one sensor is able to summarize color intensity values sector by sector and forward them to the control unit.

Device according to at least one of claims 19 to 24, characterized in that the filter has a matched to a color sensor filter characteristic, so that the principal color composition of a typical color recording corresponds.

Device according to at least one of claims 19 to 25, characterized in that a second sensor for recording the color intensity distribution of the fundus is present in white illumination.

Apparatus according to claim 26, characterized in that the second sensor is designed in the form of a corresponding number of individual detectors, on which the spectrally selected light components are focused.

Device according to at least one of claims 26 and 27, characterized in that instead of a spectrally selective, optical element, a mirror element is present, when the second sensor is a color sensor.

Device according to at least one of claims 19 to 28, characterized in that the sensor is designed so that the monochromatic images and the color intensity distribution of the fundus are recorded within a maximum time of 140 ms and forwarded to the control unit.

Device according to at least one of claims 19 to 29, characterized in that the sensor for the monochromatic images is highly controlled in order to ensure an optimum signal-to-noise ratio and a high dynamic resolution of the resulting color fundus image.

Device according to at least one of claims 19 to 30, characterized in that a further sensor for detecting the duration and intensity or energy of the monochromatic illumination light during the recording and the Forwarding with each recording is available to the control unit.

Apparatus according to claim 31, characterized in that the control unit is able to determine from the duration and intensity or the energy of the monochromatic illumination light during the recording, the emitted optical energy and assign each recording.

Device according to at least one of claims 31 to 32, characterized in that the control unit is able to take into account the emitted optical energy of the monochromatic image in the correction of the color composition of the resulting color fundus image.

Device according to at least one of claims 19 to 33, characterized in that the control unit is designed such that the resolution of the resulting color fundus recording combined from the monochromatic images can be increased by sub-pixel interpolation.

Device for generating high-quality fundus images, comprising a light source for illuminating an eye with light pulses of defined wavelengths, at least one sensor for recording the light reflected from parts of the eye and a control unit for further processing, evaluation, display and storage of the images of the fundus transmitted by the sensor , characterized in that the device is a fundus camera.